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近代自然科学的产生

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第六章近代自然科学的产生15世纪中叶,资本主义陆续在欧洲各国建立,资产阶级革命为近代自然科学的诞生提供了社会条件.在这同时,科学本身为争得自己的独立地位、摆脱宗教的桎梏,也进行了不屈不挠的斗争.许多科学家为坚持真理而献身的精神,在科学史上写下了壮丽的篇章,实验科学的兴起,更使自然科学有了独立的实践基础.从此,近代自然科学开始了它的相对独立发展的新时代.
第一节近代自然科学产生的社会基础和条件欧洲从13世纪中叶开始,技术的社会应用促进了生产力的发展,导致资本主义生产方式的出现和发展.资本主义生产方式的形成和发展,又促进了技术的社会应用.
随着资本主义生产方式的产生,在欧洲出现了航海探险运动,文艺复兴运动和宗教改革运动.这些由资产阶级发动的经济活动和文化运动,对近代自然科学的产生有着极为重要的影响.
一、航海运动与地理大发现工商业的发展,使商人和工场主的经济实力日益雄厚.他们不仅极力扩大欧洲各国间的贸易,又再次想到东方去寻找市场和黄金.在此欲望的驱使下,开始了大规模的航海探险活动.这种航海探险活动首先在葡萄牙和西班牙兴起.1487年,葡萄牙人迪亚士率领船队,沿非洲西岸南行、到达非洲最南端,证明了由此继续航行可以到达印度.意大利人哥伦布得到西班牙国王的赞同和资助,于1490年8月经过70天的航行、到达美洲,并于1493年3月回到西班牙.15世纪末、意大利商人阿美利哥・味斯普奇再次前去美洲,后来使用他的名字将这块命名为阿美利加洲.葡萄牙人伽马沿迪亚士的航路于1497年绕过好望角,终于到达印度.麦哲伦又得到西班牙国王的支持、于1519年9月从西班牙出发渡过大西洋,绕过南美洲南端海峡,进入太平洋,到达印度,又绕过非洲,于1522年9月回到西班牙海岸、完成了人类历史上第一次环球航行.
伟大的航海活动对经济的影响是十分深远的,不仅使航海者直接受益,而且推进了海外贸易,开辟了新市场、开拓了殖民地,掠夺了海外的原料和奴隶劳动力、大大加速了西欧资本主义生产关系的形成和发展.
航海活动首先需要科学技术的支持、同时又对科学技术的发展具有决定性的影响.航海活动和地理大发现,使人们看到了一个新的地球、开阔了人们的视野,扩展了人们的活动范围和知识领域.这样不仅使科学特别是天文学,地理学有了现实的经济价值,而且使科学变成了大众的科学.航海活动为天文学,地理学,动物学,植物学等自然科学的研究提供了大量的经验事实,推动了科学观念上的突破和新学科的建立.
二、文艺复兴运动近代自然科学的产生不仅需要有社会的政治条件和经济基础、而且要有文化条件.14世纪,发源于意大利的文艺复兴运动为近代自然科学的产生提供了一个良好的文化条件.
文艺复兴运动是一次资产阶级新文化运动.它打着复兴古希腊文化的旗帜,倡导以人文主义为中心的新思想,赞颂人的智慧和才能,提倡人性,个性解放和个性自由,批判宗教宣扬的来世思想和禁欲主义、肯定人是现实生活的创造者.长期以来受到宗教神学,经院哲学禁锢的欧洲人、在这场运动中、获得了思想上的大解放,经历了观念上的一次大革命.文艺复兴运动是人类历史上的一场空前伟大的思想解放运动.
文艺复兴运动破除了人们对神圣不可侵犯的信条的迷信,培育了自由研究的精神,引导了人们去观察和研究自然和现实世界.文艺复兴对科学的最重要的贡献,则是培育了一批富有新鲜活力并有所建树的自然科学家.在早期文艺复兴的代表人物中间,最杰出的是意大利的达・芬奇(1482~1519).他既是一位人文主义思想家,哲学家,艺术家,又是出色的工程师和科学家.高举天文学革命旗帜的哥白尼(1473~1543),科学的殉道者维萨里(1514~1564)等人都出现在文艺复兴运动中.正如恩格斯所指出的:这是一次人类从来没有经历过的最伟大的,进步的变革,是一个需要巨人而且产生了巨人在思维能力、热情和性格方面,在多才多艺和学识渊博方面的巨人的时代.文艺复兴运动还使长期以来工匠与学者之间相互隔离的状况得以改变,实现了手艺工人和学者的早期结合.实验科学正是在这样的基础上诞生的.
三、宗教改革运动资产阶级首先打起文艺复兴的旗帜,在思想文化领域里展开反封建的斗争、接着又以宗教改革的形式,掀起了反对教会特权的运动.宗教改革运动首先在德国开始,这次运动的代表人物为马丁路德(1483~1546).继路德之后,法国人加尔文(1509~1564)又发展了新教.新教很快传播于欧洲各国.
中世纪的欧洲,科学变成了神学的附庸.宗教改革运动对科学从神学中解放出来有积极作用,有利于自然科学的发展.
第二节自然科学争取独立的伟大斗争自然科学为争取独立而同神学的斗争中、有两个突出的事件,一是哥白尼的《天体运行论》的发表,二是血液循环理论的提出.前者在对大宇宙天体结构的解释上,把天地翻转过来,用太阳中心说了被宗教奉为神明的托勒密地球中心说,被称为近代科学史上的第一次科学革命天文学革命;后者在对小宇宙人体结构的解释上,冲破了神学所说的人体内部不会有循环运动的信条,使生理学,解剖学,医学从神学中解放出来.这两个事件作为划时代的标志而载人史册.
一、哥自尼的太阳中心说1543年,哥白尼公开出版了《天体运行论》一书,系统地阐述了太阳中心说.其基本内容是:1.太阳是宇宙的中心、否定了地心说.2.地球是运动的.地球不光绕太阳公转,它自身又每昼夜自西向东旋转一周,并用地球的自转来解释太阳和恒星的东升西落.3.月亮是地球的卫星,地球带着月亮绕太阳旋转.4.金星,火星,木星,土星等各依自己的轨道绕太阳转动.哥白尼解释了行星相对于地球的顺行和逆行、认为这是地球绕日运动与行星绕日运动复合反映的结果.
哥白尼对天文学作出了不可磨灭的伟大贡献.他通过精确的数学方法,为人们提供了解释行星运动的简单方式.他把日心说的思想综合成一个完整的行星理论、为后来的开普勒发现行星运动定律提供了必要前提,也为牛顿解释行星运动定律开辟了道路.
《天体运行论》的发表,是科学史上的一个里程碑.这是科学写给神学的挑战书,也是科学宣布自己独立的宣言书.
《天体运行论》发表后,经过布鲁诺(1548~1600)和伽利略(1564~1642)等人的努力、不仅在知识界而且在群众中广为传播开来.这使教会大为恐慌、组织了对哥白尼学说的围剿.围绕日心说而展开的科学反对宗教的斗争、在哥白尼逝世之后.
布鲁诺是意大利的一位唯物主义哲学家,他积极宣传哥白尼的学说,猛烈抨击宗教的陈腐教条,而且进一步发展了哥白尼的宇宙体系.布鲁诺认为、宇宙是无边际的,没有中心、太阳只不过是太阳系的中心而已,在宇宙中存在着无数个太阳系,生命现象也不是地球上独有的,有些行星上也可能像地球一样有生物存在.布鲁诺的无限宇宙思想,集中反映在《论无限,宇宙及世界》一书中.1600年布鲁诺惨遭教会杀害.在科学反对宗教的斗争中、科学家们曾用血和肉坚持了科学的真理,这种精神一直为后人所景仰.
二、血液循环理论的发现1543年是科学史上值得记忆的一年.在这一年里不仅出版了《天体运行论》,而且出版了维萨留斯的《人体构造》一书.
维萨留斯出生于比利时,医学教授.他通过解剖指出古希腊医学家盖仑学说的许多错误.在《人体构造》这本书里、他详细地记叙了关于人体骨骼,肌肉、血液以及各种器官的解剖结果,并附有300多张精巧的解剖图.他批判了盖仑所说的血液可以通过人的心脏中隔从右心室渗人左心室的错误结论、开辟了通过解剖研究血液循环理论的道路.
西班牙医生塞尔维特(151l~1553)继承了关于血液的研究,他在《的复兴》一书中指出:人体内只有一种血液,静脉血和动脉血在本质上是同一的.人的血液不是从右心室直接流向左心室,血液先从右心室被运到肺、暗红色的静脉血在肺里摄取了吸入的空气、变成了鲜红色的血液,再通过肺静脉到达左心室成为动脉血.塞尔维特完成了血液小循环的研究.
提出整个人体内血液循环理论的人是英国医生哈维(1578~年发表了他的著作《动物心脏与血液运动的解剖实习》,论述了他的血液大循环理论.他通过逻辑证明和计算,否定了盖仑所说的血液是在静脉一端被制造出来,又在动脉的未端被消耗干净的观念.他根据解剖的事实提出、血液只能在人体中循环.在动脉血与静脉血之间应该有细小的血管(毛细血管),使动脉血回到静脉、再进人心脏.哈维还否定了由于心脏的内在灵气的冲击而推动着血液运动的观点、第一个把血液循环的动因,归结为心脏肌肉的机械收缩.哈维关于毛细血管的假说,于1660年被意大利人马尔比基在显微镜下观察到了,得到了完全的证实.
血液循环理论的建立是近代医学,解剖学和生理学的新发现.在哈维以后,比较解剖学,人体生理学,医学获得了进一步的发展.
哈维的血液循环理论与哥白尼的日心说,是近代科学革命中的两颗光彩夺目的明珠.哈维曾把自己的理论同哥白尼的日心说作了类比、说明了地上和人间也存在着天上的运动,进一步论证了世界的物质统一性.
第三节科学实验与实验科学的兴起科学实验是一种以认识自然为首要目的的实践活动.它作为认识自然的研究方法,在很多方面优于一般的观察和生产实践活动.伴随着自然科学同宗教神学,经院哲学的激烈斗争、一批哲学家,科学家极力提倡科学实验.由于科学实验日益成为独立的社会实践,不仅使近代自然知识有了特有的实践基础、也促进了科学形态的变化,出现了与古代实用科学,自然哲学不同的崭新的科学形态、即实验科学.近代自然科学是建立在科学实验基础之上的实验科学.
一、伽利略的贡献早在13世纪时,罗吉尔・培根就曾提倡科学实验.达・芬奇在反对教会和经院哲学的斗争中、主张向大自然请教,提倡实验方法,被称之为近代实验科学的开路先锋.近代实验科学的奠基人和主要代表则是伽利略.伽利略通过对物理现象的独立研究,发现了亚里士多德的许多严重错误.他一生不仅宣传哥白尼的天文学说,而且发展了日心说.他利用合成的镜片,制成了天文望远镜,通过观测到的新事实,批驳了经院哲学的教条.伽利略用观测事实宣布、太阳有黑子,月球表面有山谷,木星有4个卫星,犹如一个小太阳系.伽利略用新的发现支持了哥白尼的学说.他于1632年发表了轰动整个学术界的《关于两大世界体系(托勒密的和哥白尼的)的对话》一书.这部著作被称为近代天文学的三部最伟大的杰作之一(另两部是哥白尼的《天体运行论》和牛顿的《自然哲学的数学原理》).伽利略还完成了《关于两种新科学(力学和运动的位置)的谈话与数学证明》一书,这部书于1638年出版.
伽利略对天文学的贡献固然重要、从对科学的发展来看,他对力学的贡献更为重要.由于伽利略的工作,创立了动力学,即关于运动物体的科学.
伽利略做了一系列的巧妙的落体实验、对实验作出了理论分析,并用数学方法对实验结果定量地加以表示出来,由此否定了亚里士多德的错误结论、建立了自由落体运动的定量规律.伽利略首先引入匀加速度的概念,通过实验及理论分析表明,力是产生加速度的原因,力所引起的不是物体的运动,而是运动的改变.自由落体的速度与落体重量无关,但却随时间的增加而增加.其定量关系是:降落速度V与时间t成正比、降落距离s与时间t2成正比.这就是自由落体定律.
伽利略通过斜面实验和摆的实验检验了上述的结论、还总结出惯性定律,即物体在不受外力作用的条件下,其运动速度将保持不变.这也证明了力是产生加速度的原因.
伽利略进行的单摆实验、证明了媒质的阻力在摆的振动中没起多大作用,同时证明了相同的摆摆动一次所花时间相同、与摆的振幅大小无关,发现了摆振动的等时性.
在成功地把摆的振动和落体运动相类比之后,伽利略又对抛射体的运动进行研究.伽利略证明了抛射体的运动是水平方向匀速运动和竖直方向自由落体运动的组合.当把一个物体倾斜上抛时,它的路径则恰好是一条抛物线.这可以用力的平行四边形法则求出来.因此,牛顿把伽利略说成是力的平行四边形法则的发现者.
伽利略作为近代实验科学的奠基人、不仅以自己的实验成果启示人们如何去进行自然研究,而且告诫人们必须用实验去获得物理学的基本原理和考核推理的结果,而不能盲目相信书本.特别是伽利略还把实验的观测同数学的演绎结合起来,而不是单纯依靠经验.伽利略的实验方法,数学方法和分析方法深刻地影响了与他同代和在他以后的科学家们,成为以后科学研究的基本方法.
在伽利略的时代,还有一些科学家们积极提倡实验方法.英国吉尔伯特(1540~1605)就是其中之一.他赞赏工匠的经验技能,反对盲目信仰权威、吉尔伯特对磁学进行了多方面的实验研究.
二、新哲学的激励科学实验活动的兴起,近代科学方法的建立,还有赖于哲学的引导.在科学从中古时代向近代转变的关头,有两位杰出的哲学家积极倡导近代科学方法,并对推动科学的发展有重要作用.一个是英国的弗兰西斯・培根(1561~1626);一个是法国的笛卡儿(1596~1650),他们都是看到了新科学的未来前景的人、并用一种新哲学激励人们去为新科学的发展而奋斗.
培根是一位坚持唯物主义传统的哲学家,在17世纪的哲学家中、他以尊重工匠传统而著称.他主张学者传统要和工匠传统结合起来,从而形成经验和理性职能的真正的合法的婚配.这种结合将使工匠的手艺因运用科学方法变得更有成效;学者们则从实际经验中获得教益,并提高自己的水平.在他看来,很多科学原理蕴藏在工匠的日常操作中、这些操作经验是科学的可贵源泉.
培根继承了罗吉尔・培根、达・芬奇等人的思想,强调了实验对科学的极端重要性,同时重视理性的作用,最后建立了实验归纳法.培根认为、要得到正确的知识必须从事实出发,通过实验收集大量资料,然后进行对比分析,排除无关因素,找出个别事物中的普遍规律,在《新工具》一书中、他不仅阐明了归纳法的重要性,而且提供了归纳逻辑中判明因果联系的求同法,差异法和共变法.这是他对实验科学方的重要贡献.
培根在科学的重要社会功能的认识上,提出了要征服自然,必须服从自然的思想.由于人对自然的科学理解和对自然的技术控制是相辅相成的,因而培根又提出了知识就是力量的口号.他强调了学者们集体合作研究的重要性,在这种思想的倡导下,17世纪陆续建立了一批对后来科学发展有影响的科学组织.和恩格斯在评价他的贡献时指出:英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖是培根.按照他的学说,感觉是完全可靠的,是一切知识的泉源.科学是实验的科学,科学就在于用理性方法去整理感性材料.归纳,分析,比较、观察和实验是理性方法的主要条件.
培根强调实验和经验、对数学和演绎的作用估计不足;笛卡儿则倡导科学研究中的演绎法,强调数学方法的意义.笛卡儿是法国著名的数学家,创立了解析几何学,并奠定了近代数学实验方法的基础.他继承了伽利略等人的思想,认为科学与数学在本质上是同一的.在哲学上他强调理性在整个认识过程中的作用,主张依靠人的理性来寻求可靠的知识.他认为科学始于怀疑,倡导理性演绎法.他认为只有从不可怀疑的或不证自明的公理出发严格按照演绎法一步一步地进行推理,才能推演出可靠的知识.
培根与笛卡儿的观点互为补充.培根和笛卡儿都对科学的前景给予充分估计,相信自然科学将使人类成为自然界的统治者和占有者、并将给人类带来更多的利益.
三、有组织的科学活动由于伽利略,培根、笛卡儿所倡导的科学精神的传播、使一批科学家受到了感染.为促进实验科学的发展,一批有影响的由科学家组成的社团,陆续在各国建立.科学社团也是为了适应新时代的需要、脱离教会控制而建立起来的新组织.
在最早建立的科学社团中、最有影响的有佛罗伦萨的西芒托学院或称实验学会.英国于1662年创立皇家学会, 法国于1666年成立了皇家科学院,德国也建立了柏林学院.
在科学社团的支持下,开始出现了学术交流和传播知识的新手段,即科学期刊.
科学社团的建立,促进了实验科学的发展,随之也推动了科学仪器的进步.显微镜,望远镜,温度计,气压计.抽气机、摆钟和一些船用仪表都是在实验活动中、由科学家们发明的.
初期科学社团的建立,标志着科学活动方式的转变,即从科学家的个人自由研究转向有组织的集体研究.它使科学成为一种组织,变成了一种广泛的社会活动.科学家们正是在这种有组织的社会活动中、作出了杰出的科学成果.牛顿的力学体系也正是在这样的条件下诞生的.
简史041026

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